해수의 탁도는 수중의 부유 물질이나 생물에 의해 혼탁해지는 정도를 정량적으로 나타낸 변수로 연안 환경을 이해하는 데 중요한 해양 변수이다. 한반도의 서해안은 얕은 수심, 조류, 하천 유래 부유 퇴적물의 영향으로 광학적으로 강한 시공간 변동성을 가지고 있어서 인공위성 자료를 활용한 탁도 산출은 해양학적으로 다양한 활용 가능성을 가 진다. 본 연구에서는 경기만을 연구 해역으로 설정하고, 해수의 탁도 산출 알고리즘 개발을 위하여 2018년부터 2023년 7월까지 해양환경공단의 해양수질자동측정망 기반 현장 관측 탁도 자료와 Sentinel-2 인공위성의 MSI (Multi-Spectral Instrument) Level-2 자료를 사용하여 위성-현장 관측치 사이의 일치점 데이터베이스를 생산하였다. 이전의 다양한 탁도 산출식을 조사하여 정확도를 상호 비교하였고 경기만 해역에서 최적 파장대를 조사하고 분석하였다. 그 결과 녹색 밴드 (560 nm)를 기반으로 한 탁도 산출식이 0.08 NTU의 상대적으로 작은 평균 제곱근 오차를 보였다. 인공위성 광학 자료 를 기반으로 산출된 탁도는 해수의 광학적 특성과 연안 환경의 변동성을 이해하고 다양한 해상 활동에 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다.

국내 Y정수처리시설에 20-40 m3/m2/h의 표면부하율을 갖는 고속 용존공기부상공정을 도입하였다. 우선, 용존공기부상공정과 입상활성탄 공정이 결합된 반응기를 일처리용량 500 m3/day의 조건으로 운전하였다. 운전결과는 두 공정이 원수내 탁도, 조류, 지오스민, 2-MIB를 감소시킬 수 있음을 증명하였다. 도출된 최적 설계요소를 활용하여 현장규모의 공정(5,000 m3/day)에 용존공기부상공정을 도입하였다. 여름철 56일간 조류와 탁도 제거율을 평가하였다. 처리수 내 조류의 개체수는 20-30 cells/mL 이하로 유지되었으며, 조류 제거효율은 80-89%를 기록하였다. 침전법 및 용존공기부상공정 처리수질의 탁도 제거효율을 비교한 결과 평균 탁도 제거효율은 77%를 나타냈다. 이러한 결과들은 고속 용존공기부상공정이 여름철 음용수의 탁도 및 조류와 같은 저밀도 고형물을 제거하는데 유의미한 방법임을 나타냈으며, GAC는 맛･냄새를 유발하는 화합물(지오스민, 2-MIB)를 제거할 수 있는 공정 옵션인 것을 확인하였다.

The increased turbidity in rivers during flood events has various effects on water environmental management, including drinking water supply systems. Thus, prediction of turbid water is essential for water environmental management. Recently, various advanced machine learning algorithms have been increasingly used in water environmental management. Ensemble machine learning algorithms such as random forest (RF) and gradient boosting decision tree (GBDT) are some of the most popular machine learning algorithms used for water environmental management, along with deep learning algorithms such as recurrent neural networks. In this study GBDT, an ensemble machine learning algorithm, and gated recurrent unit (GRU), a recurrent neural networks algorithm, are used for model development to predict turbidity in a river. The observation frequencies of input data used for the model were 2, 4, 8, 24, 48, 120 and 168 h. The root-mean-square error-observations standard deviation ratio (RSR) of GRU and GBDT ranges between 0.182~0.766 and 0.400~0.683, respectively. Both models show similar prediction accuracy with RSR of 0.682 for GRU and 0.683 for GBDT. The GRU shows better prediction accuracy when the observation frequency is relatively short (i.e., 2, 4, and 8 h) where GBDT shows better prediction accuracy when the observation frequency is relatively long (i.e. 48, 120, 160 h). The results suggest that the characteristics of input data should be considered to develop an appropriate model to predict turbidity.

In the membrane process, it is important to improve water treatment efficiency to ensure water quality and minimize membrane fouling. In this study, a pilot study of membrane process using reservoir water was conducted for a long time to secure high flux operation technology capable of responding to influent turbidity changes. The raw water and DAF(Dissolved Air Flotation) treated water were used for influent water of membrane to analyze the effect of water quality on the TMP (Trans Membrane Pressure) and to optimize the membrane operation. When the membrane flux were operated at 70 LMH and 80 LMH under stable water quality conditions with an inlet turbidity of 10 NTU or less, the TMP increase rates were 0.28 and 0.24 kPa/d, respectively, with minor difference. When the membrane with high flux of 80 LMH was operated for a long time under inlet turbidity of 10 NTU or more, the TMP increase rate showed the maximum of 43.5 kPa/d. However, when the CEB(Chemically Enhanced Backwash) cycle was changed from 7 to 1 day, it was confirmed that the TMP increase rate was stable to 0.23 kPa/d. As a result of applying pre-treatment process(DAF) on unstability water quality conditions, it was confirmed that the TMP rise rates differed by 0.17 and 0.64 kPa/d according to the optimization of the coagulant injection. When combined with coagulation pretreatment, it was thought that the balance with the membrane process was more important than the emphasis on efficiency of the pretreatment process. It was considered that stable TMP can be maintained by optimizing the cleaning conditions when the stable or unstable water quality even in the high flux operation on membrane process.

Turbidity has various effects on the water quality and ecosystem of a river. High turbidity during floods increases the operation cost of a drinking water supply system. Thus, the management of turbidity is essential for providing safe water to the public. There have been various efforts to estimate turbidity in river systems for proper management and early warning of high turbidity in the water supply process. Advanced data analysis technology using machine learning has been increasingly used in water quality management processes. Artificial neural networks(ANNs) is one of the first algorithms applied, where the overfitting of a model to observed data and vanishing gradient in the backpropagation process limit the wide application of ANNs in practice. In recent years, deep learning, which overcomes the limitations of ANNs, has been applied in water quality management. LSTM(Long-Short Term Memory) is one of novel deep learning algorithms that is widely used in the analysis of time series data. In this study, LSTM is used for the prediction of high turbidity(>30 NTU) in a river from the relationship of turbidity to discharge, which enables early warning of high turbidity in a drinking water supply system. The model showed 0.98, 0.99, 0.98 and 0.99 for precision, recall, F1-score and accuracy respectively, for the prediction of high turbidity in a river with 2 hour frequency data. The sensitivity of the model to the observation intervals of data is also compared with time periods of 2 hour, 8 hour, 1 day and 2 days. The model shows higher precision with shorter observation intervals, which underscores the importance of collecting high frequency data for better management of water resources in the future.

최근 신재생에너지의무화제도(RPS: Renewable Portfolio Standard)대상 신재생에너지 항목에 발전소 온배수가 신재생에너지공급인증서(REC:Renewable Energy Certificate)의 수열에너지(가중치 1.5)로 추가되어 온배수 열원에 대한 가치가 높아졌다. 본 연구에서는 고탁도지역 온배수의 직접적인 활용을 위한 방안으로 히트펌프시스템 내 탁도저감장치를 도입하여 열교환기에 가해지는 오염물질의 저감 효과를 확인해보기 위해 한 달 동안 실증테스트를 실시하였다. 실험결과 탁도 저감효과가 80 % 이상으로 고탁도 지역의 온배수 활용을 위한 방안으로 탁도저감장치의 적용가능성을 확인 할 수 있었다. 또한 탁도저감시스템에 따른 열교환기의 오염도 저감 효과를 검증하기 위해 30일간 운전한 열교환기를 해체하여 분석해본 결과 탁도저감시스템을 거친 열교환기보다 그렇지 않은 열교환기의 오염정도가 높은 것을 확인하였다. 열교환기에 유입된 오염물질(스케일)을 분석해본 결과 주로 SiO2, Na(Si3Al)O8, CaCO3, NaCl 성분의 광물이 검출되었는데 이는 높은 탁도로 인해 해양퇴적토가 열교환기에 유입된 것으로 분석되었다. 그 외에도 소량이지만 TiO2, MnO, Cr2O3가 검출되었다. 이는 열교환기를 세척할 때 열교환기 재료로부터 기인한 중금속이 소량 용출된 것으로 판단된다.

With the concerns of global climate change, the significant changes in rainfall patterns have aggravated the occurrence of pollutants from agricultural uplands. Heavy and intensive rainfalls have rinsed a variety of pollutants off the land, sending them into the neighboring water environments which further causes water pollution problems. Recently, the application of PAM(Polyacrylamide) in agricultural lands has gotten much attention for soil conditioning. Therefore, this study aimed to develop the automatic control system applying the chemical flocculant, liquid PAM in order to flocculate the suspended solids and deposit at the bottom of farmland water channel, so eventually minimize the amount of non-point pollutants discharged into receiving water. The optimum feed rate for liquid PAM was calculated through the experiment in artificial water channel and applied to the control system. As the results of the performance test of the automatic turbid water control system installed in the sloped field, the range of turbidity reduction rate was 25 to 33% with the average turbidity of 292 to 498 NTU in water channel.

본 연구에서는 음료의 탁도와 맛의 교차-양상에 근거한 연상관계를 탐색하였다. 시각 자극물로 무채색의 막걸리와 탄산음료를 선정하였으며, 자극물은 각각 0.0625~32 g/L, 0.0078~4 g/L 범위 내에서 인지적 등간격을 이룰 수 있도록 열 단계로 나누어 제작하였다. 시각적 관능 평가 실험에서는 ‘단맛’, ‘짠맛’, ‘쓴맛’, ‘신맛’, ‘마시고 싶은’ 기본 미각 형용사와 더불어, 막걸리와 관련된 ‘누룩향이 나는’, ‘술맛이 나는’, ‘산뜻한’ 특징 미각 형용사와 탄산음료와 관련된 ‘부드러운’, ‘톡 쏘는’, ‘인공적인’ 특징 미각 형용사를 선별하여 리커트 3점 척도로 평가하였다(N=35). 실험 결과 기본 미각에 대한 판단에 있어 막걸리는 탁도가 증가함에 따라 기본 맛이 더욱 강하게 느껴지는 반면, 탄산음료의 경우 ‘신맛’에서만 양의 상관관계가 관찰되었다. 특히 막걸리의 ‘마시고 싶은’ 척도는 4.6~20 g/L 범위에서 가장 높이 관찰됐는데, 이는 시판되는 막걸리 탁도 범위와 일치하여 기억 탁도의 영향을 확인할 수 있었다. 음료 별 미각 형용사에 대해서는 ‘산뜻한’ 맛과 ‘인공적인’ 맛을 제외하고 두 음료 모두 탁도와 강한 양의 상관관계를 보였다. 본 연구의 결과를 바탕으로 음료의 미각적 경험을 공유할 때 탁도를 활용한다면, 각 음료가 추구하는 맛을 보다 효율적으로 소비자에게 전달할 수 있을 것으로 예상된다.

무기실리카 입자로 구성된 고탁도 원수를 처리하는 침지식 정밀여과 운전에서 휴민산과 2가 양이온의 존재유무에 따라 시간에 따른 파울링 저항을 관찰하였다. 공기폭기로 인한 무기실리카 입자의 파울링 감소효과는 휴민산과 칼슘이 혼합 으로 존재 시 감소하였다. 파울링층의 전자현미경 관찰결과 칼슘의 존재 시 휴민산의 무기실리카 입자 표면흡착이 관찰되었 다. 이는 멤브레인 표면에 조밀한 파울링층을 형성시켜 공기폭기 효과를 감소시킨 것으로 판단된다. 용액의 조성에 따른 고탁 도 원수의 탁도 제거율에는 큰 변화가 없었으나 공기폭기량에 따라 칼슘과 무기실리카 입자의 혼합 존재 시 유기물질의 제거 율은 80% 이상으로 증가하였다. 이는 공기폭기 하에 무기실리카 입자 표면에 흡착된 일부 휴민산들이 멤브레인 표면으로부 터 함께 역수송 되어 유기물질 제거율을 증가시킨 것으로 사료된다.

본 연구에서는 한외여과 막을 사용하여 대장균 단독, 대장균 및 Bacillus subtil is 균을 혼합액을 대상으로 제거 효과를 고찰하였으며, 아울러 kaolin, CaCO3 및 urea와 같은 탁도 유발 성분들과 대장균 단독, 대장균 및 Bacillus subtilis 균과의 혼합액에서의 상호작용을 검토하고자 pH 변화, 탁도 제거 효율, urea, kaolin, Ca CO3 제거 효율, 대장균 군 및 Bacillus subtilis 균의 제거 효과를 고찰하였다.

자동취수 물꼬와 토사유출저감 물꼬의 현장 적용성을 평가하기 위하여 2012년부터 2013년까지 2년 동안 취수량, 배출수량, 수질농도변화 그리고 생육 및 생산성을 조사하여 얻은 결과는 다음과 같다. 1. 관행 물꼬 관리 논과 자동취수 물꼬관리 논의 취수량은 각각 1,634 mm/yr와 922 mm/yr로 관측되었으며, 43.6%의 절약효과가 산정되어 용수량 절약에 효과적인 것으로 나타났다. 2. 자동취수 물꼬를 설치한 논의 배출수량이 관행 물꼬 관리 논에 비하여 38.6% 감소하였다. 3. 토사유출저감 물꼬를 설치한 논에서 SS는 22.8 ~ 75.0%, COD는 9.7 ~ 45.5%, TN은 0 ~ 64.5%, TP는 0 ~ 42.5%의 농도 개선효과가 있는 것으로 나타났다. 4. 개선된 물꼬 관리 논과 관행 물꼬 관리 논의 벼 생육과 생산량은 큰 차이가 없는 것으로 조사되었다. 이러한 연구결과로 볼 때 자동취수 물꼬와 토사유출저감 물꼬를 이용한 논의 물꼬 관리 시스템 개선은 생산량을 유지하며 수자원 및 물 환경을 보전하기 위한 좋은 시설로 판단된다.

Water discolouration and increased turbidity in the local water service distribution network occurred from hydraulic incidents such as drastic changes of flow and pressure at large consumer. Hydraulic incidents impose extra shear stresses on sediment layers in the network, leading to particle resuspension. Therefore, real time measuring instruments were installed for monitoring the variation of water flow, pressure, turbidity and particulates on a hydrant in front of the inlet point of large apartment complex. In this study, it is attempted to establish a more stable water supply plan and to reduce complaints from customers about water quality in a district metering area. To reduce red or black water, the water flow monitoring and control systems are desperately needed in the point of the larger consumers.

셀룰로오스 에테르의 분자량, 첨가량, 치환도 및 치환체 종류, 물 양이 쌀면의 조리특성에 주는 영향을 살펴보기 위해 자외선 가시광선 분광분석기를 이용하여 조리 후 쌀면 국물 탁도 를 측정하고 유변물성 측정기를 이용하여 쌀면의 압축강도를 측정하였다. HPMC의 분자량 및 물 양이 증가할수록 국물의 탁도가 감소하여 조리 시 쌀면의 형태안정성이 향상되었고, 셀룰로오스 에테르 첨가량, 치환체 종류, 치환도에 따라 탁도 값이 변화하여, 이들 인자 모두가 쌀면의 형태안정성에 영향을 준다는 것을 확인하였다. 또한, 이들 인자를 효과적으로 조절할 경우, 밀면을 조리한 국물의 탁도보다 낮은 탁도값이 얻어져 셀룰로오스 에테르의 첨가에 따라 조리 시 쌀면의 형태안정성이 크게 향상됨을 확인하였다. 유변물성 측정기를 이용한 쌀면의 압축특성 측정은 조리시간에 따른 쌀면의 호화정도 및 변화하는 조직감을 살펴보는 데 효과적이였으며, 물 양 및 셀룰로오스 에테르의 분자량이 다른 인자들에 비하여 조리시간 별 쌀면의 호화특성 및 조직감에 큰 영향을 주는 것으로 나타났다.

정수처리용 알루미나 정밀여과 및 광촉매의 혼성공정에서 주기적 질소 역세척 시 휴믹산 농도의 영향을 알아보고, 막오염에 의한 저항 (Rf) 및 투과선속 (J), 총여과부피 (VT) 측면에서 정밀여과의 물 역세척 또는 한외여과의 질소 역세척한 기존 결과와 비교 고찰하였다. 그 결과, 휴믹산 농도의 영향으로 막오염이 진행되는 경향은 질소 또는 물 역세척에 따라, 동일한 재질이라도 한외여과 또는 정밀여과에 따라 차이를 보였다. 또한 동일한 재질의 분리막의 경우 한외여과 보다 정밀여과에서 질소 역세척이 막오염 억제에 효과적이고, 동일한 정밀여과인 경우 물 역세척보다 질소 역세척이 효과적이었다. 탁도 처리효율은 휴믹산 농도와 무관하게 거의 일정하였으나, 휴믹산 처리효율은 휴믹산 10 mg/L에서 최대였다. 이러한 결과로부터 정밀여과막의 질소 역세척시 휴믹산의 농도가 증가할수록 처리수의 휴믹산 농도도 높아지지만, 휴믹산 농도 10 mg/L에서 광촉매 구의 흡착과 광산화로 휴믹산이 최대 효율로 제거된다는 것을 알 수 있었다.

본 연구에서는 정수처리용 알루미나 정밀여과 및 광촉매의 혼성공정에서 물역세척 주기(filtration time, FT) 변화의 영향을 알아보고, 탄소 정밀여과막 또는 알루미나 한외여과막을 사용한 기존 결과들과 비교하였다. 물역세척 시간(BT)는 10초로 고정한 채, FT를 2~10분으로 변화시키면서, 그 영향을 180분 운전 후 막 오염에 의한 저항(Rf), 투과선속(J)과 총여과부피(VT) 측면에서 고찰하였다. FT가 감소할수록, Rf 는 감소하고 J는 증가하여 탄소 정밀여과막 또는 알루미나 한외여과막을 사용한 기존 결과들과 동일하였다. 탁도의 처리효율은 98.1% 이상으로 높게 나타났으며, FT 변화에 의한 영향이 보이지 않아 탄소 정밀여과막을 사용한 기존의 결과와 유사하였다. 한편, 유기물의 처리효율은 FT 8분 조건에서 89.6%로 가장 높았으며, FT 변화의 영향이 보이지 않았고 기존의 결과들보다 다소 높은 유기물 제거율을 보였다.

정수처리용 세라믹 한외여과 및 광촉매의 혼성공정에서 주기적 질소 역세척 시 휴믹산 농도의 영향을 알아보고, 막오염에 의한 저항(Rf) 및 투과선속(J), 총여과부피(VT) 측면에서 물 역세척의 기존 결과와 비교 고찰하였다. 휴믹산 농도가 낮아질수록 Rf는 급격히 감소하고 J는 증가하여, 휴믹산 농도 2 mg/L에서 VT는 가장 높았다. 휴믹산 농도가 2에서 10 mg/L로 높아졌을 때, 180분 운전 후 막오염 저항(Rf,180)은 물 역세척 시 Rf,180값보다 0.8배 더 증가하였다. 따라서 물 역세척보다 질소 역세척 시 막오염이 휴믹산 농도의 영향을 더 크게 받는다는 것을 알 수 있었다. 탁도 처리효율은 휴믹산 농도와 무관하게 거의 일정하였으나, 휴믹산 처리효율은 휴믹산 2 mg/L에서 최대였다. 이것은 질소 역세척 시 휴믹산 2 mg/L에서 광촉매 구의 흡착과 광산화로 휴믹산이 가장 효과적으로 제거되지만, 4 mg/L에서는 광촉매 구만으로 역부족인 것으로 판단된다. 휴믹산 6 mg/L 이상에서는 막표면의 두꺼운 케이크 층과 심화된 내부 막오염으로, 휴믹산이 한외여과막에 의해 효과적으로 제거된 것이다.

본 연구에서는 정수처리용 세라믹 한외여과 빛 광촉매의 혼성공정에서 휴믹산 농도 및 광산화, 흡착의 영향을 알아보았다. 휴믹산 농도 각각 2mg/L와 4 mg/L 일 때 UF 단독 공정 및 광촉매를 투입한 공정, UV를 조사한 공정을 막오염에 의한 저항(Rf) 및 투과선속(J), 총여과부피 (VΤ) 측면에서 고찰하였다. 휴믹산 농도가 낮아질수록 Rf는 급격히 감소하고 J는 증가하여, 휴믹산 농도 2 mg/L에서 VΤ는 가장 높았다. 탁도의 평균 처리효율은 휴믹산 농도가 증가할수록 감소하였으나, 4 mg/L에서 휴믹산의 처리효율이 가장 높았다. 이러한 결과는 낮은 휴믹산 농도에서 휴믹산 대부분이 분리막에 의해 제거되고 막을 통과한 일부 휴믹산은 광촉매에 흡착 산화되어, 처리수의 수질이 휴믹산 2 mg/L 와 4 mg/L 에서 거의 같고 원수의 수질은 4 mg/L에서 더 높기 때문이다. 광산화와 흡착의 영향 실험에서 UF + TiO2 + UV 공정의 J가 가장 높게 유지되어, 180분 운전 후 VΤ가 가장 높았다. 휴믹산 및 탁도의 처리효율을 비교한 결과, 휴믹산 농도가 2 mg/L 에서 4mg/L로 증가하였을 때 광산화 보다 광촉매 흡착이 더 주요한 역할을 하였다.